Крупный мозг может эволюционировать только при снятии ограничений на потребление энергии

Эволюция большого мозга требует либо снижения энергозатрат других органов, либо увеличения общего потребления энергии. Предыдущие исследования на приматах, лягушках, птицах и рыбах давали противоречивые результаты.

Учёные из Вашингтонского университета в Сент-Луисе исследовали 30 видов из семейства момирид (африканских рыб, использующих слабые электрические разряды). У этих рыб обнаружен широкий диапазон размеров мозга: у одного вида он составляет 3% от массы тела (сопоставимо с человеческим мозгом — 2–2.5%).

Измерив потребление кислорода и устойчивость к гипоксии как показатели энергозатрат, учёные выяснили: виды с самым крупным мозгом имеют наибольшую потребность в кислороде, а с самым маленьким — наименьшую.

Результаты, опубликованные в Proceedings of the Royal Society B, согласуются с данными Nature (2016): у людей с крупным мозгом метаболизм значительно выше, чем у человекообразных обезьян.

Альтернативные пути и ограничения

Ранние исследования предполагали, что увеличение мозга компенсируется уменьшением других энергоёмких органов (например, кишечника у лягушек или человека). Однако последние данные указывают, что умеренное увеличение мозга может достигаться за счёт других органов, но крупный мозг требует увеличения общего потребления энергии.

Высокие энергозатраты делают стратегию развития крупного мозга рискованной:

• Крупномозгые момириды, несмотря на эффективную электролокацию и специальные органы (например, Schnauzenorgan), могут быть ограничены средами с высоким содержанием кислорода (крупные реки).
• Их мелкомозгые родственники — генералисты, способные жить в разнообразных условиях, включая бедные кислородом болота.

Люди также уязвимы к перебоям в снабжении пищей из-за высоких энергозатрат мозга. Риски смягчаются эффективной бипедальной ходьбой, приготовлением пищи и накоплением жира, который служит буфером при нехватке пищи.